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CAPTULO I
1.1 EL DIFERENCIAL1
El diferencial reduce la velocidad de rotacin transmitida desde
la
transmisin e incrementa la fuerza de movimiento, as como
tambin
distribuye la fuerza de movimiento en la direccin izquierda y
derecha
transmitiendo este movimiento a las ruedas. Tambin cuando el
vehculo
est girando, el diferencial absorbe las diferencias de rotacin
del
movimiento de las ruedas izquierdas y derechas, haciendo esto
posible
que el vehculo gire fcilmente.
Fig. 1.1 Diferencial
Cuando entra en una curva, los engranajes de los semiejes giran
a
velocidades distintas. Lo pueden hacer porque los piones pueden
girar
en sus ejes permitiendo que uno de los semiejes gire con ms
rapidez
que el otro. Cuando se marcha en lnea recta no hay movimiento
relativos
entre los semiejes y los piones, de forma que todos ellos y la
caja del
diferencial giran a la misma velocidad.
1Conocimientos Bsicos del Automvil
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2
13
1.2 TIPOS DE DIFERENCIAL
1.2.1 Diferenciales abiertos2
Son los diferenciales convencionales. Estn compuestos por
dos
planetarias y dos, tres o cuatro satlites. Estos planetarios
giran a travs
de los satlites. Este tipo de diferencial no es adecuado para el
4x4, ya
que en el caso de circular por terrenos con poca adherencia, el
diferencial
enviara la fuerza al eje con menos o sin adherencia. Los
diferenciales
abiertos son los ms comunes en los vehculos y son estndar en
la
mayora. El diferencial abierto es un sistema de engranajes que
mantiene
la misma cantidad de presin en las caras de los engranajes que
operan
cada uno de los semiejes (a las ruedas). Entonces, cuando una
rueda gira
ms rpido que la otra, como por ejemplo en un viraje, la presin
en ella
es mantenida (de modo que se aplica ms potencia al lado que
rueda
ms rpido).
En condiciones de traccin pobre, como en la arena o el barro, es
la peor
posible aplicacin de potencia, porque cuando una de las ruedas
pierde
traccin, patina. Dado que la presin es la misma en cada uno de
los
semiejes, poco o ningn torque est disponible en el lado que no
est
patinando (y que puede tener traccin).
Un diferencial abierto tpico mantendr constante la suma de las
rpm en
un par de semiejes (en relacin a las rpm del cardan). Por
ejemplo,
cuando una rueda no est girando (0 rpm). La otra est girando al
doble
de rpm a que lo har si ambas ruedas estuvieran girando a la
misma
velocidad en relacin al cardan. En un giro en que no hay
ruedas
patinando, un diferencial abierto permitir a la rueda del
exterior girar ms
rpido que en una lnea recta y a la rueda interior hacerlo ms
lento.
2 GM CLUB tipos de diferenciales
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3
14
Fig. 2.1 Diferencial abierto
1.2.2 Diferenciales autoblocantes3
Este tipo de diferenciales se utiliza en los vehculos 4x4 o 4x2
modernos.
Su funcionamiento se realiza mediante discos de friccin
(similares a los
discos de embrague). Estos discos tienen una determinada
precarga en
su posicin esttica y solo se liberan al emprender un giro. Esta
precarga
es reducida ya que debe liberarse fcilmente en cada giro que
realizamos.
En caso de circular por caminos con poca adherencia o en el caso
de que
uno de nuestros neumticos se encuentre en el aire, la fuerza
escapara
por el neumtico que ms libre se encuentre perdiendo casi la
totalidad de
la potencia.
La necesidad de este dispositivo se explica por el hecho de que
al dar una
curva, las ruedas interiores recorren un espacio menor que las
situadas
en el lado exterior, puesto que las primeras describen una
circunferencia
de menor radio que las segundas. El diferencial reparte el
esfuerzo de
giro de la transmisin entre los semiejes de cada rueda, actuando
como
un mecanismo de balanza, esta caracterstica de funcionamiento
supone
3 MECNICA Virtual
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4
15
la solucin para el adecuado reparto del par motor entre ambas
ruedas
motrices cuando el vehculo describe una curva, pero a la vez
se
manifiesta como un serio inconveniente cuando una de las dos
ruedas
pierde su adherencia con el suelo total o parcialmente.
Distancia A < Distancia B
0A: RPM de rueda < 0B: RPM de rueda
interior exterior
RPM: Revoluciones por minuto
Fig.2.2 Esquema del diferencial y su funcin
En estas circunstancias, cuando una de las dos ruedas del eje
motriz
rueda momentneamente sobre una superficie deslizante (hielo,
barro,
etc.), o bien se levanta en el aire (a consecuencia de un bache
o durante
el trazado de una curva a alta velocidad), la caracterstica de
balanza del
diferencial da a lugar que el par motor se concentre en la rueda
cuya
adherencia se ha reducido. Esta rueda tiende a embalarse,
absorbiendo
todo el par, mientras que la opuesta permanece inmvil, lo que se
traduce
en prdida de traccin del coche.
El diferencial autoblocante tiene como objetivo resolver este
importante
problema de prdida de traccin.
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5
16
Fig.2.3 Reparto de traccin entre las ruedas Fig.2.4 Reparto de
traccin con suelo
. deslizante
1.2.2.1 Tipos de diferenciales autoblocantes
A. Diferenciales de deslizamiento limitado
Diferenciales autoblocantes mecnicos
Diferencial autoblocante por discos de friccin
Diferencial viscoso o Ferguson
B. Diferenciales Torsen
C. Diferenciales de deslizamiento controlado (embragues
multidisco)
Sistema Haldex
A. Diferenciales de deslizamiento limitado (LSD - Limited
Slip
Diferential)
Diferenciales autoblocantes mecnicos
Estos diferenciales se suelen montar en vehculos de traccin
trasera, de
gran potencia, ya que son susceptibles de perder adherencia
durante
aceleraciones fuertes en una de las ruedas, siendo necesario
el
enclavamiento de este a determinado valor, para evitar un
deslizamiento
excesivo que generara un sobre viraje. Mediante la adopcin de
este, se
mejora la transmisin de esfuerzo, a la vez que evita un patinaje
continuo
de la rueda con menos adherencia y sus consecuencias para la
estabilidad.
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6
17
De entre los diversos tipos de diferenciales autoblocantes que
existen (por
conos de friccin, por discos de friccin, por acople lateral
estriado), sin
duda el ms utilizado y posiblemente el ms eficaz es el "Thornton
Powr-
Lok", llamado tambin de discos de friccin. Los piones
satlites
planetarios son anlogos a los de un diferencial convencional.
Cada pin
planetario se acopla sobre sendos bujes estriados, que a su vez
encajan
sobre cada una de las dos mitades de la caja diferencial. Entre
cada mitad
de la caja y el buje estriado correspondiente existe un
embrague
compuesto por discos de friccin y arandelas elsticas de acero.
Los
discos de friccin, interpuestos entre el disco de presin y la
pared de la
carcasa, van intercaladas de forma que las que tienen dentado
exterior,
engranan en unas ranuras de la carcasa, y las que llevan dentado
interior,
engranan con los planetarios.
Fig.2.5 Diferencial por conos de friccin y por discos de
friccin
Diferencial autoblocante por discos de friccin
Con estos diferenciales se consiguen mejorar las siguientes
condiciones
de marcha del vehculo:
Se evita, en gran parte, que una rueda patine al arrancar o
durante
la marcha con mala adherencia de la calzada.
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7
18
Se evita igualmente que una rueda patine al saltar por encima
de
desigualdades de la calzada.
Se elimina el peligro de patinar al conducir a altas velocidades
con
una adherencia a la calzada distinta en las ruedas motrices, lo
que
vale, principalmente para vehculos de gran potencia.
Se mejoran las caractersticas de marcha invernal (nieve,
hielo,
etc.).
El diferencial autoblocante de lminas funciona de modo
automtico, sin intervencin alguna del conductor.
Fig.2.6 Estructura interna diferencial por discos de friccin
Estos diferenciales tienen un valor de bloqueo, segn el tipo de
vehculo,
entre aprox. 25% y 75%. El efecto de bloqueo se refiere a la
friccin
interna de los dos paquetes de discos dispuestos en el crter
del
diferencial, en rgimen de dependencia del par de apriete. El par
pasa de
pin cnico de ataque a la corona (grupo pin-corona), y de ah
al
crter del diferencial autoblocante, a travs de los dos discos de
empuje
(presin) a los dos ejes porta satlites, de estos a los satlites,
pasando a
los piones planetarios y de aqu a los palieres (semiejes).
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8
19
Diferencial viscoso o Ferguson
Este diferencial autoblocante suele utilizarse como diferencial
central en
vehculos con traccin a las 4 ruedas. Est constituido por una
carcasa
solidaria al rbol de transmisin que encierra unos discos, de los
cuales,
unos estn unidos a la carcasa y otros al portadiscos solidario
al eje de
salida, los discos de ambas series van intercalados y con
hendiduras y
taladros, a travs de los cuales puede pasar el aceite silicona
mezclado
con un 20% de aire, que llena todo el conjunto.
Fig.2.7 Esquema interno de un disco acoplador
Una parte del conjunto es solidaria a las ruedas de un eje y la
otra a las
ruedas de otro eje. En marcha recta las ruedas traseras se
ven
arrastradas por las del tren que recibe la traccin a travs de su
contacto
con el suelo, generndose una pequea aportacin de par a travs
del
aceite silicona.
Cuando uno de los ejes pierde traccin el deslizamiento que se
genera
entre los discos alternos hace aumentar la temperatura y presin
en el
aceite silicona que los envuelve, aumentando las fuerzas de
cizalla dura,
arrastrando los discos conductores a los conducidos,
consiguindose un
giro solidario entre ambos. El momento de actuacin lo determina
el
nmero de discos, los taladros y el aire que tengan mezclado,
no
recibiendo en funcionamiento normal nada ms que una pequea
parte
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9
20
del par a travs de l, apenas un 10%. Este diferencial es el ms
usado
cuando a un vehculo de traccin delantera se le aade la trasera
como
complemento ante una prdida de traccin del tren delantero,
momento
en el que el bloqueo del mismo genera el desvo de par al otro
tren.
Fig.2.8 Posicin del disco acoplador en la transmisin
El problema que se presenta con este diferencial es que la
traccin a las 4
ruedas no es permanente y hay un cierto retraso desde que
empieza a
perder traccin uno de los ejes del vehculo y el acoplador
viscoso
empieza a transmitir el par de traccin al otro eje. Puesto que
el lquido
viscoso que hay dentro del disco acoplador no es un medio fijo
de
transmisin, la traccin a las 4 ruedas no es fija ni
constante.
El uso del disco acoplador como diferencial central puede ser
menos
eficaz que el sistema Torsen, pero es ciertamente el ms barato,
as que
podemos encontrarlo en muchos coches de serie con traccin total
4WD.
Ventaja: Barato y compacto
Desventaja: es traccin total 4WD solo cuando hay una
diferencia
de traccin entre ejes debido a suelo deslizante. Se comporta
normalmente como un traccin a dos ruedas 2WD.
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10 21
Una alternativa para el visco acoplador es cuando se utiliza
junto con un
diferencial convencional (como central) haciendo el primero las
veces de
diferencial autoblocante es decir bloquear la transmisin a las 4
ruedas
cuando hay una diferencia de velocidad entre ambos ejes del
vehculo.
Con este tipo de transmisin lo que conseguimos es que el vehculo
sea
traccin a las 4 ruedas (4WD) constantemente y no solo a ratos
(perdida
de traccin en unos de los ejes) como el anterior.
Fig.2.9 Unin de un diferencial convencional con un disco
acoplador
El visco-embrague (visco acoplador) tambin se puede usar en
el
diferencial delantero o trasero (eje). Para ello se une el
sistema de
acoplamiento viscoso a la carcasa de un diferencial
convencional.
Fig.2.10 Esquema interno del diferencial viscoso para eje
delantero o trasero
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11 22
B. Diferencial Torsen
Su nombre procede de las palabras inglesas Torque Sensitive, que
en
espaol quieren decir sensible al par, es un tipo de diferencial
cuya
peculiaridad radica en que reparte la fuerza que procede del
motor a las
ruedas de forma independiente a la velocidad rotatoria de cada
uno de los
dos rboles o semiejes de transmisin que parten de l. Su gran
virtud es
que puede transmitir, en una curva, ms par a la rueda que menos
gira,
en contraposicin al resto de diferenciales.
En cualquier diferencial autoblocante, ya sea convencional o
viscoso, el
reparto de fuerza entre los dos semiejes se realiza siempre de
forma
proporcional a su velocidad de giro, sin embargo el diferencial
Torsen
puede repartir la fuerza del motor a cada semieje en funcin de
la
resistencia que oponga cada rueda al giro, pero al mismo tiempo
permite
que la rueda interior en una curva gire menos que la exterior,
aunque esta
ltima reciba menos par.
Fig.2.11 Vista en corte de un diferencial Torsen
Funcionamiento: Basa su funcionamiento en la combinacin de una
serie
de engranajes convencionales y helicoidales, se utilizan tres
pares de
ruedas helicoidales que engranan a travs de dientes rectos
situados en
sus extremos. El aumento de la friccin se produce porque las
ruedas
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12 23
helicoidales funcionan como un mecanismo de tornillo sinfn: el
punto de
contacto entre los dientes se desplaza sobre una lnea recta a lo
largo del
propio diente, el grado de resistencia se determina precisamente
por el
ngulo de la hlice de estas ruedas helicoidales
Si lo comparamos con un diferencial convencional, en un Torsen
se
sustituyen los satlites convencionales por tres pares de
engranajes
helicoidales, engranados dos a dos por piones de dientes rectos
en sus
extremos. Los planetarios en este caso son tornillos sin fin,
con los cuales
engrana cada uno de los engranajes helicoidales.
Fig.2.12 Engranajes internos del Torsen
Hay varias versiones de diferenciales Torsen, su constitucin
interna
cambia segn el modelo.
Fig.2.13 Diferentes modelos de diferenciales Torsen
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13 24
Ventajas de la utilizacin del diferencial Torsen:
Altos niveles de confort, porque el efecto blocante del
diferencial
Torsen se genera de forma netamente mecnica, hallndose
continuamente en ataque y reaccionando sin escalonamientos.
Se mantiene siempre la direccionabilidad del vehculo.
Siempre que los pares de friccin de las ruedas sean
suficientes,
el diferencial Torsen trabaja de modo completamente
imperceptible.
No puede haber manejos equivocados, porque el diferencial
Torsen trabaja de forma automtica.
El diferencial Torsen funciona ampliamente exento de
desgaste.
Conclusin: El diferencial Torsen, nos va a permitir un reparto
preciso y
exacto del par motor a las 4 ruedas cuando la transmisin est
exenta de
deslizamiento, pero lo volver poco gil, si queremos trabajar con
cierto
deslizamiento. Puede usarse como diferencial central, delantero
o trasero
indistintamente. No interfiere en el funcionamiento del ABS. Los
vehculos
que lo equipan no pueden ser remolcados bajo riesgo de avera de
la
transmisin
Ventajas: respuesta rpida ante perdidas de traccin,
traccin constante a las 4 ruedas.
Inconvenientes: muy caro y muy rgido en su funcionamiento
no permite controlarlo.
C. Diferenciales de deslizamiento controlado (embragues
multidisco)
Sistema Haldex: Este sistema entra dentro de los llamados
embragues o acopladores multidisco se diferencia del visco
acoplador en
los materiales de los elementos rozantes, el lquido usado, y
el
mecanismo de control presentando, por lo dems la constitucin
es
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14 25
parecida. Consiste en un paquete de discos conductores y
conducidos
salvo que ahora los discos transfieren el movimiento entre ellos
por
friccin, y en un sistema hidrulico que los presiona de igual
modo que un
embrague convencional. Este sistema mejora en el sentido en que
se
puede mandar par segn la presin ejercida sobre los discos,
no
requiriendo un deslizamiento entre ellos para que acte, lo que
permite,
controlar el reparto no en funcin de la diferencia de velocidad
de giro.
Es muy til, porque se puede generar repartos de par a uno y otro
eje en
funcin del uso que pretendamos del vehculo, cambiando este
reparto
sobre la marcha, pudiendo derivar mas par al tren trasero o
delantero en
funcin de cada momento, mediante una gestin electrnica que
contempla las exigencias del conductor, as como el deslizamiento
en
alguno de los ejes. El control del acoplamiento puede ser ms o
menos
elaborado, encareciendo la realizacin segn se haga este,
debiendo ser
muy preciso para permitir repartos continuos de par entre ambos
ejes.
Es de considerar que la presin sobre los discos debe permitir el
paso de
par desde 0 al 100%, por lo que para la correcta aplicacin de la
presin
debe tenerse en cuenta en cada momento, si la diferencia de giro
entre
ambos trenes es la normal en una curva o se debe a un
deslizamiento de
una rueda.
Fig.2.14 Sistema Haldex
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15 26
Funcionamiento: Si las ruedas deslizan por encima de un cierto
lmite, se
produce una diferencia de giro con relacin a las traseras. Esa
diferencia
de giro acciona una bomba hidrulica que presiona un juego de
discos
conectado al motor, con otro conectado a las ruedas traseras. A
medida
que aumenta la presin entre los discos, aumenta la fuerza que
reciben
las ruedas posteriores. En condiciones extremas puede suceder
que las
ruedas traseras sean las nicas que transmitan motricidad. El
principio de
funcionamiento de este embrague se basa en un conjunto de discos
que
conectan el rbol de transmisin con el diferencial trasero. Estos
discos
reciben una presin de aceite, a travs del sistema de auto
bombeo, la
cual regula la cantidad de par a transmitir al eje posterior. Si
el tren
anterior y el posterior giran al mismo par, no se produce ningn
efecto y el
coche se comporta como una traccin delantera normal; si ocurre
un
desfase, se genera una presin de aceite que, conducida hacia el
pistn
de accionamiento, comprime los discos produciendo la conexin
entre
ambos ejes.
Fig.2.15 Esquema de funcionamiento de un acoplador Haldex
Pero lo fundamental es la vlvula reguladora que, controlada por
la
centralita electrnica, determina el grado de actuacin del
embrague
Haldex una vez que se genera presin en el circuito hidrulico: si
la
vlvula est cerrada, la eficiencia es mxima y el bloqueo, total;
si est
-
16 27
abierta un tercio, deja refluir parte del aceite hacia el
depsito del sistema,
permitiendo un resbalamiento limitado y un reparto de par
variable entre
ambos ejes; si est totalmente abierta, no hay presin sobre el
mbolo
principal, el aceite refluye directamente y el tren trasero
permanece
desconectado.
El sistema Haldex no produce efectos de resistencia en maniobras
de
aparcamiento, admite circular con neumticos desiguales (con la
rueda de
emergencia, por ejemplo), permite el remolcado del coche con un
eje
levantado sin crear tensiones internas y, por si fuera poco,
combina su
efecto con los dems sistemas de seguridad (ABS, EDS o ESP), lo
que
significa un control absoluto de los movimientos de las ruedas
respecto al
suelo.
Fig.2.16 Ubicacin del Sistema Haldex
En el sistema AWD, la potencia se distribuye entre las ruedas
delanteras
y traseras a travs de un embrague multidisco hmedo (Haldex).
La
funcin de este sistema se divide en tres componentes
principales:
Una bomba hidrulica que es accionada por la diferencia
de velocidad entre los ejes
Un embrague multidisco hmedo
Una vlvula de control con electrnica
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17 28
1.2.3 Diferenciales autoblocantes mecnicos
Actan mediante un par de engranajes tipo perro. Estos engranajes
se
encuentran permanentemente bloqueados y solo desacoplan en
maniobras de giro. Esto nos da un gran incremento del
rendimiento en
trayectos fuera de ruta. Se recomienda para vehculos que
circulen mayor
mente fuera de ruta y solo para ser aplicados en el eje trasero.
En el caso
de circular por superficies duras y emprender un giro, el mismo
se
desacopla emitiendo un cierto ruido y en algunos casos de manera
algo
brusca.
Este tipo de dispositivo, bastante ms sencillo y tambin ms
barato. Se
caracteriza porque tiene una capacidad de bloqueo del 100%. Es
decir,
impide que el diferencial mande el 100% del par que recibe, a la
rueda
que patina, concentrando por tanto, toda la fuerza en la rueda
que s
tracciona. Su efectividad es bastante alta, sobre todo en
terreno duro
como la roca, siendo ideal para la prctica de trial y rutas
extremas.
A diferencia del bloqueo LSD, el diferencial autoblocante 100% s
se hace
sentir de alguna manera, en una conduccin normal sobre asfalto,
ya que
a diferencia de lo que piensa mucha gente, los diferenciales
autoblocantes de este tipo, no es que bloqueen cuando detectan
las
prdidas de traccin, sino que normalmente van siempre bloqueados
en
circulacin.
Fig.2.17 Bloqueo Lock Right
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18 29
Lo bueno:
Especialmente apto para pruebas de trial, especialidad en
roca. Precio econmico.
Relativamente fcil de montar en el diferencial.
Bajo mantenimiento.
Lo menos bueno:
No podemos desconectarlo a voluntad.
Interfiere un poco en conduccin sobre asfalto (sobre todo
en mojado).
Dificulta maniobras en paredes laterales deslizantes (barro,
nieve).
1.2.4 erenciales bloqueables manualmente4
Utilizan un diferencial abierto con un mecanismo que bloquea, a
voluntad,
los satlites logrando de esta forma un eje rgido (ambas ruedas
giran a la
misma velocidad). En la posicin de desbloqueado, no incide en lo
ms
mnimo en el manejo en ruta, ciudad, etc. Este tipo de bloqueos
de
diferencial solo estaba disponible en vehculos de guerra,
tractores y
camiones y su costo es muy elevado.
Tiene la particularidad de que el conductor puede decidir cundo
bloquear
el diferencial simplemente pulsando un botn en el salpicadero.
Ningn
vehculo trae de serie este accesorio, pero hay varias marcas
de
accesorios que comercializan bloqueos de diferencial.
4 Patanes4x4.com
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19 30
Fig.2.18 Bloqueo de Diferencial en accin, de la marca
australiana ARB.
La ms usada es el bloqueo de la marca australiana ARB, que
se
compone de los siguientes componentes: compresor de aire,
mangueras
aire, interruptores y mecanismos de bloqueo de diferencial.
El principio de funcionamiento bsico es el siguiente: nosotros
podemos
decidir cundo conectar el bloqueo y se hace mediante la pulsacin
de un
interruptor que se instala en el salpicadero y pone en marcha
el
compresor. Una vez realizado esto, elegimos el diferencial a
bloquear (se
pueden poner un bloqueo por diferencial) pulsando el botn
correspondiente. Esta accin har que el aire a presin circule por
una
manguera especial y una vez llegue al diferencial, mueva el
mecanismo
del bloqueo. Se consigue por tanto que ambas ruedas del mismo
eje,
reciban la misma cantidad de par motor y evitamos el efecto
diferencial,
que como sabemos, es contraproducente en algunas maniobras en
off-
road. No hay que olvidarse que una vez superada la trialera, hay
que
desconectar el bloqueo inmediatamente, ya que si no fuera
as,
podramos provocar grandes daos en la transmisin.
http://www.arb.com.au/
-
20 31
Fig.2.19 Conjunto de Bloqueo de Diferencial de ARB.
El uso del bloqueo del diferencial delantero, debe ser ms
cuidadoso si
cabe, ya que los elementos que componen este eje, suelen ser
ms
dbiles. Es conveniente por tanto usarlo lo menos posible, si
puede ser
con las ruedas rectas y buscar la forma de reforzar las
homocinticas, con
el correspondiente kit.
Adems permite el bloqueo y desbloqueo manual, en caso de que
se
produzca una avera en el sistema de vaco, gracias a un pequeo
mando
situado en el bloqueador del diferencial, solo se debe conectar
cuando las
circunstancias del terreno, as lo precise.
Lo bueno:
Permite decidir cundo bloquear o desbloquear el
diferencial. Ideal para uso intensivo off-road.
Si es ARB, nos aprovechamos del compresor para otras
funciones.
No interfiere en la conduccin normal sobre asfalto, si
est desconectado.
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21 32
Lo menos bueno:
Coste de adquisicin alto.
Necesita mantenimiento minucioso.
Propenso a algunos problemas debido a su alta sofisticacin.
1.3 CONSTITUCIN DEL MECANISMO DIFERENCIAL5
Fig.3.1 Constitucin del mecanismo diferencial
1.3.1 piece del diferencial
Constituido as el mecanismo, cuando la corona empieza a
girar
impulsada por el pin de ataque, arrastra con ella a la caja del
diferencial
(B), que en su giro voltea a los satlites (C) y (D) que, actuado
como
cuas, arrastran a su vez a los planetarios (E) y (F), los cuales
transmiten
el movimiento a las ruedas hacindolas girar en el mismo sentido
y con
igual velocidad mientras el vehculo marche en lnea recta; pero
cuando
toma una curva, la rueda interior ofrece ms resistencia al giro
que la
exterior (al tener que recorrer distancias desiguales) y, por
ello, los
satlites (C) y (D) rodarn un poco sobre uno de los planetarios
(el
5 TodoMECANICA
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22 33
correspondiente a la rueda interior) multiplicando el giro en el
otro (el de la
rueda exterior). De esta manera, lo que pierde en giro una rueda
lo gana
la otra, ajustndose automticamente el giro de cada una de ellas
al
recorrido que le corresponda efectuar en cada curva. Igualmente,
las
diferencias de trayectoria en lnea recta, debidas a diferencias
de la
presin de inflado de los neumticos, irregularidades del terreno,
etc., son
absorbidas por el diferencial.
A. Planetarios
B. Caja de satlites
C. Semipalier
D. Corona
E. Satlite
F. Pin de ataque
Fig.3.1 Partes del diferencial
1.3.2 Estructura de un puente trasero rgido
En la Figura se muestra el despiece de un puente trasero de
tipo
convencional (rgido), en el cual los palieres o semiejes (9)
quedan
alojados en las trompetas (6), apoyndose por su extremo interior
en el
conjunto diferencial (5), del cual recibe el movimiento,
mientras que por el
extremo exterior se apoyan en la trompeta por medio del
rodamiento (8).
A la caja del diferencial (5) se fija la corona (4), que recibe
movimiento del
pin de ataque (3), alojado en la carcasa del diferencial,
apoyado sobre
ella por medio de los cojinetes (1) y (7).
-
23 34
Fig.3.2 Despiece del puente trasero.
1.- cojinetes 6.- trompetas
2.- retenedor 7.- cojinetes
3.- pin de ataque 8.- rodamiento
4.- corona 9.- semiejes
5.- conjunto diferencial
1.4 FUNCIONAMIENTO DE LOS MECANISMOS6
El diferencial va colocado detrs de la caja de cambio, y consta
de los
siguientes elementos.
Un pin de ataque cnico colocado al final del eje secundario
de
la caja de cambios y que engrana sobre la corona.
6 El tractor.pdf
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24 35
Una gran corona cnica que est unida a la caja de satlites.
Dos piones cnicos, llamados planetarios, situados en el
interior
de la caja de satlites, engranados con los satlites, y unidos a
los
semipaliers que transmiten el movimiento a la reduccin
final.
Dos o cuatro piones cnicos, llamados satlites, engranados
con
los planetarios, situados en el interior de la caja de satlites,
con
sus ejes de giro unidos a la caja.
Fig.4.1 Mecanismos del diferencial
1.5 FUNCIONAMIENTO DE OPERACIN
El diferencial funciona de la siguiente forma:
Cuando el vehculo va en lnea recta el eje secundario de la caja
de
cambios mueve el pin de ataque, ste la corona, y sta
arrastra
la caja de satlites que est unida solidariamente a ella. Los
ejes
de los satlites al estar unidos a la caja giran arrastrando a
los
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25 36
planetarios, y por tanto, a travs de los semipalieres y la
reduccin
final, hacen girar las ruedas. Los planetarios giran en el
mismo
sentido y velocidad que la corona mientras el vehculo marcha
en
lnea recta.
Fig.5.1 Diferencial lnea recta
Cuando el vehculo toma una curva, la rueda interior ofrece
ms
resistencia al giro que la exterior, ya que sta ltima no
puede
moverse a la misma velocidad por tener que recorrer un
camino
mayor. Al quedar frenada la rueda, frena tambin el movimiento
de
su planetario correspondiente y entonces los satlites tienden
a
rodar sobre l, multiplicando el giro en la otra rueda. De esta
forma,
lo que pierde en giro una rueda lo gana en la otra, ajustndose
s
automticamente el giro en cada una de ellas por la accin
compensatoria de los satlites. Cuando con el freno individual
se
frena una rueda, sta se detiene totalmente y automticamente
la
otra pasa a dar el doble de vueltas.
-
26 37
Fig.5.2 Diferencial en curva
Los vehculos con traccin en las ruedas delanteras y traseras,
llevan dos
diferenciales, el principal inconveniente del diferencial es que
si una rueda
pierde adherencia con el suelo, gira con velocidad doble que la
corona,
mientras que la otra se queda inmvil. Este caso puede darse en
zonas
con hielo, barro, etc. Para solucionar este problema, los
vehculos llevan
un mecanismo de bloqueo del diferencial, que permite anular su
funcin
y obliga a las dos ruedas a ir a la misma velocidad. Este
bloqueo debe
utilizarse nicamente para resolver ese tipo de situaciones pues
en otro
caso puede originar averas en el diferencial y hasta el vuelco
del vehculo
si ste intenta girar.
1.6 BLOQUEO DEL DIFERENCIAL7
Si la rueda de un costado caa en el vaco y la otra del otro eje
del mismo
costado en un charco de barro, el vehculo fuera incapaz, por s
solo, de
salir de semejante obstculo. El sistema que ha resultado ms
sencillo y
7 Manual del mecnico 4X4 Miguel de Castro
-
27 38
efectivo para resolver este defecto ha consistido en la creacin
de un
dispositivo mediante el cual se pudiera acceder a frenar y
bloquear el
semieje de la parte en la que se producira el deslizamiento. Al
ser
superior el patinamiento que presentaba as la rueda que no
tena
adherencia todo el par generado pasaba directamente a la rueda
que se
apoyaba bien sobre el firme, de modo que el blocaje del
diferencial
resultaba suficiente para salvar el obstculo desde la misma
rueda que
tena adherencia.
1.6.1. cionamiento
El extremo del semieje o palier (1) se halla colocado
normalmente en la
caja del diferencial (2), en esta parte va provisto de un
manguito de
sujecin (3) que puede ser comprimido por medio de un tubo de
mando
(4) cuando ste se desplaza en el sentido de la flecha.
Al comprimirse el manguito ejerce una funcin de freno sobre el
semieje
que prcticamente lo paraliza hasta el punto de ofrecer mayor
resistencia
que el semieje contrario, el cual pasa a accionar la rueda que
tiene ms
adherencia con todo el valor de par transmitido desde la caja de
cambios
en aquel momento.
El accionamiento del manguito de sujecin se efecta enviando
presin
hidrulica a un cilindro receptor (5) a travs de un conducto de
entrada (6)
este cilindro acciona la palanca de deslizamiento (7) por medio
de lo cual
se desplaza la posicin del tubo de mando (4) este sistema es
susceptible
de ajuste por medio de tornillo de reglaje (8).
El lquido utilizado para mantener la presin hidrulica necesaria
para
mantener es el mismo que se utiliza en los circuitos de
freno.
Para la aplicacin de este sistema el conductor precisa saber
seleccionar
el lado del eje tractor al que le conviene esta traccin y, por
lo mismo, el
blocaje del semieje, funcin que se realiza inmediatamente que
se
-
28 39
acciona el mando correspondiente. Sin embargo es necesario que
el
vehculo se encuentre parado y no puede preverse el blocaje
durante la
marcha.
1.- Planetario
2.- Corona
3.- Dentado
4.- Manguera de enclavamiento
5.- Estriado del palier
6.- Semiejes o palier
Fig. 1.6.1. Funcionamiento del diferencial de bloqueo
manual.
Tambin se han construido diseos de diferenciales blocantes
accionados
por sistemas mecnicos que actan en el mismo mecanismo
diferencial.
1.6.2. erenciales autoblocantes
En los vehculos todo terreno los sistemas ms utilizados
actualmente son
aquellos en los que el bloqueo del diferencial se produce de una
forma
automtica, en cuanto una de las ruedas presenta seales de
patinamiento, por encima de ciertos previstos niveles que van ms
all del
deslizamiento lgico y esperando al descubrir una curva.
Existen varios tipos de diseos de diferenciales, los principales
tenemos:
Tipo Ferguson. Tipo Nospin. Tipo Torsen.
-
29 40
1.6.2.1. Tipo ferguson
Estos diferenciales van provistos de unos discos de embrague o
de
friccin mediante los cuales se limita de una forma inmediata y
automtica
la diferencia de giro que puede ocasionarse entre dos ruedas del
mismo
eje cuando existe un patinamiento por encima del que puede
esperarse al
descubrir una curva.
Cuando el giro de la rueda supera estos valores, el mecanismo
regula el
envo de mayor par aquella rueda que tiene menor adherencia y que
se
encuentra precisamente en mejores condiciones para aprovecharlo.
Todo
ello se efecta dentro de determinados lmites, en las curvas,
el
funcionamiento del diferencial no queda afectado y slo entra en
servicio
cuando el patinamiento alcanza en el giro de los satlites un
valor
elevado.
Fig. 1.6.2.1. Diferencial tipo Ferguson.
En la figura podemos observar un diferencial autoblocante, 1 el
pin de
ataque, 2 la corona, dos elementos bsicos de cualquier
diferencial. Los
satlites (3) engranan sobre los planetarios (4) a los que van
fijados los
semiejes (5) desde los cuales se manda la traccin a cada una de
las
ruadas.
La originalidad del sistema se advierte al considerar la
presencia del
muelle interno (M) que se apoya sobre dos platos (P) que se
enfrentan a
-
30 41
los planetarios. A dems resulta de suma importancia la presencia
de los
discos de friccin (D) que efectan el trabajo de un embrague
cuando se
establece un deslizamiento excesivo de una de las ruedas con
respecto a
la otra.
1.6.2.1.1 Funcionamiento del embrague
Cumple la misin, de frenar el giro del planetario con tanta
mayor eficacia
cuanta mayor sea su facilidad de giro. Cuando esto ocurre, la
transmisin
del par se efecta por igual a la rueda de buena adherencia como
a la que
patina, de modo que el vehculo dispone de adherencia suficiente
para
salir del bache que hace que el diferencial tenga inconvenientes
de
aportacin y reparto de par.
Fig.1.6.2.2. Despiece del diferencial autoblocante tipo
ferguson.
1.6.2.2 Tipo Nospin
Este tipo de diferencial es el que trabaja por medio de un
mecanismo de
salto y deslizamiento, sistema especialmente apto cuando el
vehculo ha
de transportar, habitualmente, una gran carga. En 1 tenemos la
caja de
satlites junto a la cual se alojan dos cuerpos de engranajes (2)
con una
pieza de arrastre central (3). Existen adems, dos muelles (4)
que se
-
31 42
encuentran comprimidos en sus respectivas cajas (5) sujetas por
un
retenedor (6) los cuales actan en forma de embrague.
1.6.2.2.1 Funcionamiento
En condiciones normales de funcionamiento, los cuerpos de
engrane se
hallan unidos a la caja de satlites de la forma que se puede
apreciar en
la figura. De esta manera los dientes de engrane se hallan
acoplados. El
par transmitido a cada uno de los planetarios y,
consecuentemente a las
ruedas, es el mismo a cada una de ellas, tal como muestran las
flechas
(7) ahora tenemos que el diferencial est funcionando de la misma
forma
que si se tratara de un diferencial tradicional.
Fig.1.6.2.2.1. Diferencial autoblocante tipo nospin
En la siguiente figura se puede ver la reaccin que se aprecia en
el
mecanismo cuando la rueda de la izquierda, por ejemplo,
pierde
adherencia y existe aceleracin de su semieje como consecuencia
de una
mayor aplicacin de par a travs de los satlites. Como en el caso
del
diferencial autoblocante a base de embrague de discos. Tambin
aqu la
accin de los satlites se aplica sobre el planetario que est
girando a
mayor velocidad y con ello se produce un aflojamiento de la
fuerza con la
que la caja de engrane se aplica sobre el mecanismo de la caja
de
satlites. En estas condiciones el par se transmite sobre la
rueda que
-
32 43
ofrece ms resistente al contrario que ocurre en los
diferenciales
tradicionales.
Si nos fijamos en la figura que los dientes (6) se mantienen
sujetos a la
parte derecha de la figura por lo que la transmisin del par
hacia la rueda
derecha queda asegurada. Si el patinamiento se produjera en la
rueda
derecha la aplicacin del mecanismo pasara automticamente a la
rueda
izquierda.
1.6.2.3. Tipo Torsen
A diferencia de los diferenciales autoblocantes descritos hasta
este
momento, el Torsen no espera a que una rueda patine
ostensiblemente
para mandar de inmediato una buena parte del par a la rueda que
ofrece
mayor resistencia, sino que permanentemente controla el par dado
a cada
rueda segn su mejor adherencia sobre el terreno de ah que se le
suele
dar el nombre de Diferencial Inteligente.
Las ventajas que representa este control permanente del par
son
enormes a la hora de la utilizacin prctica, por ejemplo los
autoblocantes
estudiados anteriormente, el mecanismo no entra en accin hasta
que
una de las ruedas pierda un considerable valor de adherencia y
adquiera
un grado de patinamiento importante, lo que ya mucho antes
puede
significar una situacin de peligro y descontrol del vehculo, por
el
contrario, el Torsen controla siempre el deslizamiento y lo
corrige de una
manera automtica y rpida evitando todo derrapaje en alguna de
las
ruedas que controla.
1.6.2.3.1. Funcionamiento
Obsrvese que consta de tres pares de satlites que se engranan
entre s
dos a dos. Adems cada uno de los satlites se aplica sobre un
anillo
dentado a tornillo sinfn al que se sujeta el extremo de cada uno
de los
semiejes. Cuando la transmisin se efecta en condiciones de no
haber
-
33 44
deslizamiento, todo el conjunto forma como un bloque que permite
el
reparto equitativo del par para cada rueda.
Fig. 1.6.2.3.1. Diferencial autoblocante tipo torsen
Sin embargo, cuando se presenta deslizamiento por parte de una
de las
ruedas del eje, el satlite que se intenta acelerar manda a su
satlite
gemelo el impulso y ste se ve obligado a aplicar mayor par a la
rueda
que no patina. Esta es en lneas muy generales, el funcionamiento
de
este tipo de diferencial.
1.7 TRABAJOS EN EL MECANISMO DIFERENCIAL
El perfecto engrane del pin cnico con la corona constituye la
condicin
previa para que el funcionamiento sea silencioso y para que
quede
garantizada una larga vida del mecanismo diferencial. Puesto que
el pin
y la corona vienen marcados por las casa constructoras. Llevan
marcado
un nmero de emparejamiento ( que en el pin marcado en la
cara
frontal y en la corona arriba o en el lado de la brida son
medidas de
construccin. Con estas tolerancias es como ruedan entre s las
ruedas
de modo ms silencioso posible. Por esta razn al montar el pin y
la
corona hay que tener estas tolerancias En la corona viene
marcada
la tolerancia y el juego entre flancos de los dientes.
-
34 45
La diferencia viene dada en la parte frontal del pin cnico,
adems de
esto se sealan los dientes del pin y de corona entre los cuales
fue
medido el juego entre flancos sealados.
Cualquier cambio de la distancia entre las ruedas lleva consigo
como
consecuencia una variacin del juego de flancos y de cabeza, por
lo cual
las ruedas no podrn funcionar correctamente entre s. Tambin
una
desviacin lateral de las ruedas hace variar el juego de flancos,
por esa
razn sobre todo en la corona despus de fijarla a la caja del
diferencial
hay que proceder a comprobarla mediante un comparador cuanto
a
posible desviacin lateral y perifrica.
Fig. 1.7.1 Engrane perfecto del pin con la corona
-
35 46
Las causas ms frecuentes de averas en el diferencial pueden
deberse a
un mal acoplamiento de los engranajes ya sea por desgaste de
los
dientes o por adquisicin de un juego excesivo. Tambin la rotura
de
alguna pieza menor del conjunto, tal como un pasador, al
mezclarse con
el aceite y pasar a las zonas rodantes, que puede dar lugar a
serias
averas
Cuando se ha desmontado un mecanismo diferencial lo primero que
se
considera es, si el ajuste entre el pin de ataque y la corona es
correcto,
un mal ajuste de este sentido producir un roce excesivo que
determinar, adems de un ruido excesivo, un menor rendimiento
del
mecanismo, adems de ser un peligro por la posible rotura de
dientes.
El juego entre los dientes no debe de ser tan pequeo que stos
se
claven en los huecos, ni tan grande que produzca ruido y choques
entre
ellos. El juego entre los dientes se mide por el claro que queda
entre el
diente y el hueco, como podemos observar en la figura.
Fig. 1.7.2. Juego entre los dientes
Por otra parte, la superficie de contacto entre los dientes
mientras el
mecanismo est en funcionamiento, deben ser lo ms amplias posible
y
situadas de tal forma que la resistencia a la rotura y al
desgaste ofrecida
por los dientes sea mxima.
-
36 47
Esto se logra en una posicin relativa determinada entre el pin y
la
corona: si el pin de ataque se encuentra ms cerca o ms lejos del
eje
de la corona o si la corona est ms lejos o ms cerca del eje del
pin
en ambos casos se produce un funcionamiento incorrecto en la
manera
de engranar los dientes de las dos piezas. El funcionamiento
es,
defectuoso pues produce ruido y una exagerada absorcin de
potencia.
Si nos fijamos en la figura podemos observa cinco ejemplos de
posibles
acercamientos entre pin y corona entre los cuales solamente
la
posicin nmero 1 es la correcta.
1, correcta. 2, corona demasiado cerca del pin. 3, corona
demasiado lejos. 4, pin
retrasado. 5, pin adelantado.
Fig. 1.7.3. Posiciones del pin con respecto a la corona.
Para conocer el correcto acoplamiento del pin y corona no solo
basta
con observar. Es necesario, efectuar una serie de comprobaciones
que
revisten la mayor importancia para localizar defectos de ruidos
y
vibraciones de este mecanismo, las operaciones a realizar sern
las
siguientes:
1. Control del alabeo de la corona.
2. Control del juego de los dientes.
3. Control del engrane entre corona y pin.
4. Control del juego entre dientes de los planetarios.
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37 48
1.7.1 Control del alabeo de la corona
En esta operacin es necesario disponer de un comparador con
un
soporte que puede fijarse fcilmente en los orificios del soporte
del
diferencial como nos podemos fijar en la figura.
Fig. 1.7.1.1. Control del alabeo de la corona
Una vez realizado el montaje del comparador se hace girar la
corona y se
comprueba si existe defecto de alabeo o descentrado en el giro
de la
corona. Cuando la diferencia del alabeo en las indicaciones
del
comparador est por encima de 0,10mm puede decirse que la
corona
est en mal estado y hay que cambiarla. Sin embargo, el valor
exacto
hasta el que una corona puede utilizarse lo acostumbra a dar el
fabricante
en su manual de taller y a la cifra indicada debemos
atenernos.
1.7.2. ntrol del juego de los dientes
Se mide tambin haciendo uso de un comparador, el cual se monta
de la
misma forma que podemos observar en la figura.
En esta posicin, y manteniendo inmvil el pin de ataque, se
hace
mover la corona hacia atrs y hacia delante. En este momento, el
reloj
-
38 49
indicador nos dar referencia de la amplitud del movimiento, lo
que es
igual al juego entre dientes.
Fig. 1.7.2.1. Juego entre dientes
El juego admitido tambin depende del tipo del diferencial y
se
proporciona en el manual de taller. Suele hallarse entre 0,15 a
0,30mm
pero hay que asegurarse con el manual. Esta comparacin debe
hacerse
por lo menos en cuatro puntos diferentes de la circunferencia de
la
corona.
Si el juego entre los dientes resulta fuera de los valores
establecidos por
el manual del fabricante, se puede proceder al ajuste entre la
corona y el
pin de ataque, actuando de la siguiente forma:
Se comienza por desmontar el fijador (1), sacando su tornillo
(2), esta
pieza impide a la arandela de reglaje (3) su desplazamiento.
Existen dos
arandelas de reglaje, una a cada lado del diferencial y en ambas
hay que
realizar la misma operacin. Una vez retirados los fijadores
podremos
actuar sobre las arandelas de reglaje.
Apretando por igual ambas arandelas (una por la derecha y la
otra por la
izquierda), con un mismo nmero de vueltas o movimiento
(generalmente
basta con un cuarto de vuelta), podremos conseguir acercar o
separar la
corona del pin de ataque hasta conseguir el valor del juego de
los
dientes adecuado.
-
39 50
1.7.3. ntrol del engrane entre corona y pin
Lo que se trata ahora de comprobar es el lugar donde los dientes
del
pin engranan con los dientes de la corona. La zona de ataque
debe
hallarse en el centro de los dientes. De no ser as es que el
conjunto no
est bien ajustado, veamos cmo se lleva a cabo esta comprobacin y
la
manera de realizar su ajuste.
Podemos tener una buena gua de la forma de acoplarse ambas
piezas si
se comprueba por la huella del diente el lugar correcto en donde
se
produce el contacto entre los dientes del pin y corona.
Para ello se procede a pintar con minio grupos de dientes en
tres zonas
diferentes y opuestas. Luego se hace girar la corona y cuando
los dientes
del pin pisen las zonas pintadas dejaran sus huellas sobre los
dientes,
ahora tendremos que analizar el resultado.
Si notamos en la figura, vemos que se especifican las
condiciones que
deben darse para dar un resultado correcto. El dibujo A muestra
la forma
correcta que debe darse observarse en la huella del diente, si
es as no
hace falta actuar.
Fig. 1.7.3.1. Control del engrane entre corona y pin
Pero si la posicin de la huella resulta como se indica en B o
bien como
se indica en C, ser seal de que el grupo pin/corona debe
modificarse
de la forma que indican las flechas del dibujo D de la citada
figura.
-
40 51
Por medio de las arandelas de reglaje del diferencial, se puede
conseguir
modificar la presin de los dientes entre s, para conseguir con
ello retirar
ligeramente la corona y/o adelantar la posicin del pin.
Tambin puede ocurrir que las huellas obtenidas en los dientes
se
encuentren, poco ms o menos, de la forma que se aprecia en la
figura.
Fig. 1.7.3.2. Control del engrane entre corona y pin
En estos casos se indica que el pin de ataque se encuentra
demasiado
retrasado con respecto a la corona de la forma que se indica en
el
esquema 1. En este caso se tendr que actuar del mismo modo
que
indican las flechas.
1.7.4. ntrol del juego entre dientes de los planetarios.
La operacin se lleva a cabo con la ayuda de un comparador como
se
muestra en la figura, sosteniendo uno de los planetarios apretar
en el otro
para sacarle todo el juego posible. Las indicaciones del reloj
del
comparador deben hallarse dentro de los valores indicados en el
manual
de taller, entre 0,15 a 0,35 segn los casos.
Por el mismo procedimiento se puede medir tambin el juego de
los
dientes de los satlites.
Si los valores obtenidos en el juego de estas piezas, es
superior al
establecido por el manual de taller se tiene que proceder al
desmontaje
del mecanismo diferencial y a la sustitucin de las arandelas de
reglaje
adems de su reacondicionamiento general.
-
41 52
1.8 LUBRICACIN EN EL MECANISMO DIFERENCIAL8
La transmisin por engranajes principalmente las que estn
sometidas a
un gran esfuerzo y funcionamiento de gran velocidad tiene que
tener un
lubricado adecuado para poder contribuir y conservar sus
propiedades
mecnicas durante el uso, garantizando un funcionamiento
eficiente y
una larga vida til del mecanismo.
La principal propiedad que caracteriza a estos aceites, es la
que su
comportamiento de extrema presin E.P tiene que ser suficiente
para
cumplir las exigencias del engranaje hipoidal, para que ste se
ubique lo
ms bajo posible, en la reduccin final del diferencial utilizando
los
engranajes hipoidales.
1.8.1 ranajes hipoidales
Si bien este tipo de engranaje ofrece un funcionamiento
silencioso y de
movimiento suave, sus dientes provocan sobre la pelcula de
aceite altas
presiones que tienden a romperla, siendo necesario un aceite con
la
viscosidad adecuada y aditivos de E.P. que soporten este tipo de
trabajo,
ya que el deslizamiento entre sus dientes durante la rodadura es
ms
severo que en cualquier otro tipo de engranajes. La lnea de
lubricantes
Hipoidal satisface tales exigencias que est compuesta por
dos
productos, el Hipoidal 80W-90 y el Hipoidal 85W-140. Ambos
cumplen
con el nivel de calidad API GL-5.
1.8.2 Aditivos de extrema presin E.P.
Como aditivos de E.P. se denomina aquellos productos qumicos
capaces
de evitar el contacto destructivo metal-metal, una vez que
ha
desaparecido la pelcula clsica del lubricante de una
lubricacin
8 Lubricantes y lubricacin aplicada Jos Benlloch Mara.
-
42 53
hidrodinmica. Cuando esto ocurre, se dice que llegamos a una
lubricacin lmite.
Esencialmente, todos los aditivos E.P. debern tener uno o ms
elementos o funciones, tales como azufre, cloro, fsforo o
sales
carboxlicas, capaces de reaccionar qumicamente con la superficie
del
metal bajo condiciones de lubricacin lmite.
1.8.3 menes de lubricacin de los engranajes
Hay que distinguir dos tipos:
1.8.3.1 Lubricacin de pelcula gruesa (hidrodinmico)
Donde las condiciones de velocidad-carga-temperatura y
viscosidad son
tales que la pelcula de lubricante permanece entre los dientes
sin
romperse. Por tanto el aceite lleva ntegramente toda la
carga.
Por ello la caracterstica ms importante en este caso es la
viscosidad.
1.8.3.2. Lubricacin lmite.
Esta se inicia cuando las condiciones anteriores son tales que
la pelcula
de aceite no es capaz de separar por completo las superficies de
los
dientes.
Cuando prevalecen estas condiciones espordicamente:
Las maneras grasas o polares resultan eficaces.
Cuando se presentan continuas cargas que favorecen la
lubricacin lmite:
Deben utilizarse aditivos qumicos de E.P.
-
43 54
1.8.4 piedades de los lubricantes para engranajes hipoides
Expondremos las propiedades que se exigen a los lubricantes en
funcin
de su servicio y aplicacin los cuales son:
1. Altas propiedades E.P.
2. Estabilidad a la oxidacin alta temperatura.
3. No corrosivo.
4. Antiherrumbre.
5. Bajo punto de congelacin.
6. Propiedades antiespuma.
1.8.4.1. Altas propiedades E.P.
Que determinen la capacidad que poseen los lubricantes de evitar
el
rozamiento, el desgaste y los fenmenos destructivos de rayado
y
desprendimiento de material en las superficies rozantes.
1.8.4.2 Estabilidad a la oxidacin alta temperatura
La oxidacin est influenciada en los siguientes parmetros:
Temperatura-oxgeno-tiempo-impurezas qumicas en el aceite y
catalizadores.
El aceite atraviesa por una serie compleja de reacciones de
oxidacin,
pero la ms clara es la llamada de radicales libres, donde la
auto-
oxidacin se forma en tres fases: iniciacin, propagacin y fase
final.
Los antioxidantes son aditivos que se emplean para reducir estos
efectos
nocivos de la oxidacin del aceite. Estos son sustancias capaces
de
retardar o impedir la fijacin de oxgeno libre sobre los
compuestos auto-
oxidables.
-
44 55
1.8.4.3 No corrosivo
Se aplica a los productos que protegen los metales no
ferrosos,
susceptibles a la corrosin presentes en los engranajes o
mecanismo
susceptible a los ataques de contaminantes cidos presentes en
el
lubricante.
1.8.4.4 Antiherrumbre
El trmino antiherrumbre se usa para designar a los productos
que
protegen las superficies ferrosas contra la formacin de xidos,
formando
una pelcula protectora, gracias a fenmenos de absorcin que hacen
que
sus molculas queden fuertemente ligadas al metal, separndose
del
aceite.
1.8.4.5 Bajo punto de congelacin
Cuando un aceite se le somete a temperaturas bajas, sufre un
cambio
notable en su estado fsico consistente en una congelacin total.
Esto es
debido al alineamiento natural de los hidrocarburos que componen
la
masa de aceite, provocando la cristalizacin a bajas temperaturas
de la
parafina presente en los lubricantes, formando masas
gelatinosas.
Para obtener aceite de bajo punto de congelacin hay que eliminar
estos
productos y esto se obtiene en la unidad de des parafinado.
1.8.4.6 Propiedades antiespuma
El aceite produce espuma superficial por agitacin enrgica con el
aire u
otro gas, constituida por un elevado nmero de burbujas de
distintos
tamaos.
La presencia de espuma resulta siempre perjudicial en la
lubricacin, ya
que puede dar lugar a los siguientes inconvenientes: fallos en
la
lubricacin del engranaje, aceleracin del proceso de oxidacin de
los
aceites, derrames en el depsito, etc.
-
45 56
1.8.5 uisitos del aceite de engranajes
La friccin es cosa inherente a la interaccin fsica entre objetos
y la
friccin siempre produce desgaste. Las superficies de los dientes
de los
engranajes estn sujetas a la friccin debida al deslizamiento y
rodaduras.
Mayores cargas en las superficies de los dientes de los
engranajes, y
mayores velocidades de deslizamiento, producirn ms friccin y
ms
calor. Por estas razones, los aceites de engranajes necesitan
satisfacer
las siguientes condiciones:
Viscosidad apropiada
Habilidad para soportar la carga
Resistencia al calor y a la oxidacin
1.8.6 ricante para engranajes hipoidales
Estos aceites se pueden clasificar segn los siguientes
criterios:
a) Por su viscosidad.
b) Por los aditivos empleados.
c) Por los servicios que cumplen.
d) Por las especificaciones que satisfacen.
1.8.6.1 La viscosidad
La viscosidad es la propiedad ms importante de los fluidos. Esta
es la
resistencia que ejercen los fluidos al ser deformado cuando este
se aplica
un mnimo de esfuerzo cortante. La viscosidad de un fluido
depende de su
temperatura. Es por eso que en los lquidos a mayor temperatura
la
viscosidad disminuye.
-
46 57
1.8.6.1.2 viscosidad SAE
La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU. (SAE)
clasific a
los aceites segn su viscosidad adoptando como temperatura de
referencia 100 grado centgrado y manteniendo la viscosidad
en
centistoke (cst). Es la caracterstica ms importante para la
eleccin de los
aceites y se define como la resistencia de un lquido a
fluir.
La viscosidad se valora segn los mtodos usados para su
determinacin,
y las unidades, en orden decreciente a su exactitud, son:
1.8.6.1.3 Viscosidad dinmica o absoluta
La unidad de viscosidad absoluta es el poise, que se define como
la
viscosidad de un fluido que opone determinada fuerza al
deslizamiento de
una superficie sobre otra a velocidad y distancia
determinadas.
Corrientemente se emplea el centipoise, que es la centsima parte
del
poise y equivale a la viscosidad absoluta del agua.
1.8.6.1.4 Viscosidad cinemtica
Es la relacin entre la viscosidad dinmica y la densidad del
lquido. La
unidad es el stoque (St), aunque prcticamente se emplea el
centistoke,
que equivale a la centsima parte de aquel y es aproximadamente
la
viscosidad cinemtica del agua a 20 C.
1.8.6.1.5 Viscosidad relativa
En la prctica, la medicin de la viscosidad se hace en
aparatos
denominados viscosmetros, en los cuales se determina el tiempo
que
tarda en vaciarse un volumen fijo de aceite a determinada
temperatura y
por un tubo de dimetro conocido La viscosidad mide la
resistencia a fluir
de un lquido. El lubricante es ms fluido en caliente y ms
viscoso en fro.
-
47 58
1.8.6.2 Por los aditivos empleados
Existen principalmente tres tipos de aditivos:
a) Basados en la combinacin de: Naftenato de plomo azufre
activo,
con y sin cloro.
b) Los que contienen: zinc cloro azufre y fosforo.
c) El que predomina actualmente: azufre y fsforo (mejor
estabilidad
trmica).
1.8.6.3 Viscosidad SAE
Por los servicios que cumplen. Esta especificacin sirve para
clasificar
al aceite segn el grado de viscosidad, para lo cual se
realizan
bsicamente dos pruebas: la primera mide la viscosidad a baja
temperatura (por ejemplo, 0, -10, -20, etc., tomaremos un aceite
80-
W90) manteniendo una viscosidad constante, se ve hasta que
temperatura aguanta el aceite y recibe una clasificacin "en
fro", esta es
el primer nmero que aparece en el aceite, sea el nmero que
va
acompaado de una "W" por Winter (Invierno). Un aceite 0W esta
medido
a -35C. Hay que recordar que en fro el aceite tiende a ponerse
ms
espeso, efecto que uno no busca por que por ejemplo, al hacer
andar el
auto en fro puede que los mecanismos no lubriquen bien y tengan
un
mayor desgaste. Un aceite con menor grado fluir mejor a
menores
temperaturas.
La segunda fija la temperatura del aceite en 100C y mide su
viscosidad,
dependiendo del rango en el que se encuentre recibe una
clasificacin
(ejemplo: 40, 45, 50, 60, etc.), sea, mientras ms alta sea la
clasificacin
quiere decir que mantendr su viscosidad a mayores temperaturas.
Un
aceite con una clasificacin "en caliente" baja, puede romper los
enlaces
moleculares de la pelcula de aceite (hacindolo muy delgado) a
altas
temperaturas no protegiendo los mecanismos adecuadamente
-
48 59
produciendo desgaste de los engranajes. Las dos pruebas forman
la
clasificacin del aceite: 0W-40, 10W-60, 10W-40, etc.
Es importante tener claro que estamos hablando de aceites
Multigrados
(que tienen un rango, sea entre 10W y 60), es decir que
mantienen sus
propiedades en un rango mayor de temperaturas. Por eso es, que
lo ideal
es que el "Rango" entre el primer nmero y el segundo sea lo ms
grande
posible, es decir que se comporte bien a bajas temperaturas y
tambin a
altas.
Tabla 1.1 Clasificacin del las medidas del aceite en fro y en
caliente
FLUIDEZ EN FRO VISCOSIDAD EN CALIENTE
0W SAE 60
5W SAE 50
10W SAE 40
15W SAE 30
20W SAE 20
25W
En cuanto al aceite para engranajes o aceite para transmisiones,
la
clasificacin S.A.E. se basa en la viscosidad, estableciendo
cinco
nmeros S.A.E.
-
49 60
Tabla 1.2 Grados de viscosidad medidos en cst a 100C para
trasmisiones establecidos por SAE.
Grado SAE
Viscosidad
Cinemtica cst @
100C
70W 4,1
75W 4,1
80W 7,0
85W 11,0
90 13,5
140 24,0
250 41,0
1.8.7 Clasificacin de acuerdo a su calidad y aplicacin
Por las especificaciones que satisfacen.- La API (Instituto
Americano
del Petrleo) ha establecido clasificaciones de aceite de
engranajes que
los dividen segn su aplicacin. Sin embargo, el criterio
principal para la
clasificacin del aceite de engranaje es por el tipo de
engranajes en el
que se usara. Por ejemplo, engranaje lipoide, engranaje cnico,
etc.
Tambin, es de especial importancia las caractersticas de E.P que
se
requieren del aceite de engranajes.
Los aceites del engranaje (G.L.) son clasificados por API, por
ejemplo, la
mayora de las cajas de engranajes modernas requieren un aceite
GL4, y
GL5. (Dependiendo el tipo de trabajo a realizar el mecanismo
de
engranajes.
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50 61
La clasificacin A.P.I. actual contiene seis designaciones,
estableciendo la calidad para un servicio especfico.
API-GL-1: aceites para las condiciones ligeras. Servicio
caracterstico de
ejes con engranajes cnicos o helicoidales y transmisiones
manuales en
condiciones suaves que pueden trabajar con aceite mineral puro
refinado.
Pueden llevar aditivos antioxidantes, Antiherrumbre,
antiespumantes y
depresores del punto de congelacin.
API-GL-2: aceites para las condiciones moderadas. Servicio
caracterstico
de ejes con engranajes cnicos que trabajan en condiciones de
carga,
temperatura y velocidad superiores al API-GL-1.
API-GL-3: aceites para las condiciones moderadas. Servicio tpico
de
transmisiones manuales y ejes con engranajes cnicos, en
condiciones
moderadamente severas de velocidad y carga.
API-GL-4: aceites para varias condiciones. Servicio
caracterstico de
engranajes, particularmente hipoides, trabajando a alta
velocidad a carga
baja, y baja velocidad con cargas elevadas. Protegen contra el
rayado las
superficies en contacto.
API-GL-5: aceites para las condiciones severas. Servicio tpico
de
engranajes hipoides trabajando a alta velocidad, carga de
choque; alta
velocidad a baja carga y baja velocidad con cargas elevadas.
Aseguran
mejor proteccin de las superficies en contacto que el servicio
API-GL-4.
API-GL-6: aceites para las condiciones muy pesadas. Servicio
caracterstico de engranajes, especficamente los hipoides con
deslizamiento limitado en condiciones de alta velocidad con
altas cargas y
rendimientos. Su utilizacin es tpica en diferenciales en los que
es
frecuente el uso del sistema de bloqueo de ambos palieres.
Protegen de
manera ptima contra el rayado de superficies.
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51 62
1.9 CLCULOS DEL MECANISMO DIFERENCIAL
1.9.1. lacin de transmisin en el puente trasero
Fig. 1.9.1. Relacin de transmisin en el puente trasero
En el mecanismo diferencial se encuentra una relacin de
transmisin de
las revoluciones y del momento de giro.
El puente trasero o mecanismo diferencial puede estar
constituido como
rbol trasero de accionamiento en las transmisiones normales o
traccin
trasera y como rbol delantero de accionamiento en la traccin
delantera.
Para el puente se emplea principalmente piones, la transmisin
por
piones se calcula con la misma frmula de los engranajes de
ruedas
rectas.
La revolucin de transmisin del puente trasero es la existente
entre las
revoluciones del pin de ataque y las de la corona del
diferencial.
El pin de ataque y la corona del diferencial transmiten al
puente las
revoluciones y el par de giro. Las primeras se reducen y el
segundo se
aumentan.
-
52 63
1.9.1.1 Notaciones9
1.9.2 Formulas de la relacin de transmisin en el puente
Ec.8.1
Ec.8.2
1.9.3 ansmisin de las revoluciones en el puente trasero
9 Matemtica aplicada de la GTZ.
Ec.8.3
-
53 64
Por lo tanto.
Ec.8.4
Ec.8.5
1.9.4 Transmisin del par de giro en el puente trasero
Por lo tanto.
Ec.8.6
NOTA: La relacin de transmisin en el puente trasero suele ser de
3,5: 1
a 6: 1 y en los camiones llega hasta 10: 1.
1.9.5 lculo de la relacin de transmisin
Datos:
Nmero de dientes de la corona = 33
Nmero de dientes del pin = 8
-
54 65
Clculo de las revoluciones en el puente.
Transmisin del par de giro en el puente